67060 - FOTOCHIMICA E CHIMICA SUPRAMOLECOLARE

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente acquisisce le conoscenze relative ai principi teorici alla base della fotochimica e della chimica supramolecolare, con particolare riguardo alle possibili applicazioni nel campo dei nuovi materiali.

Contenuti

Prerequisiti: lo studente che accede a questo insegnamento deve essere in possesso di una solida preparazione nei fondamenti della chimica generale ed inorganica e di una preparazione, almeno a livello di base, sui principi chimico-fisici alla base delle proprietà elettroniche e vibrazionali delle specie poliatomiche.

Programma:

Introduzione : cenni storici e sviluppo della fotochimica e della chimica supramolecolare con esempi tratti dalla natura e dalla applicazione. Panoramica sulle forze intermolecolari. Concetto di sistema supramolecolare e caratteristiche principali.

Chimica supramolecolare : riconoscimento molecolare di cationi, anioni e molecole neutre con eteri corona ed altri recettori. Variazione delle proprietà redox e fotofisiche dei composti incapsulati. Effetto chelante, macrociclico e macropoliciclico: componente entalpica ed entropica. Effetto templato. Razionale per la progettazione di sistemi supramolecolari: assemblaggio ed autoassemblaggio in sistemi biologici ed artificiali e  forze di interazione nei sistemi assemblati (legami H, legami di coordinazione, interazioni donatore/accettore di elettroni). Fotochimica supramolecolare. Panoramica sulle attuali applicazioni di alcune specie supramolecolari.

Basi dei processi fotochimici-fotofisici : processi di eccitazione e disattivazione di stati elettronici eccitati, competizione tra tali processi, costanti di velocità, efficienze, rendimenti quantici. Tempo di vita di uno stato elettronico eccitato: definizione e relazione con le costanti di disattivazione. Esempi di specie emittenti (e non) e di loro applicazioni pratiche.

Gli stati elettronici delle molecole : cenni di meccanica quantistica. Orbitali, configurazioni elettroniche, stati elettronici di molecole biatomiche e poliatomiche (esempi: ossigeno e acqua). Funzioni d'onda delle molecole e approssimazione di Born-Oppenheimer. Probabilità e regole di selezione per transizioni elettroniche radiative di assorbimento; emissione: transizioni radiative e non radiative. Principio di Franck-Condon. Diagramma di Jablonski: approssimazioni ed informazioni utili che si possono ottenere.

Spettrofotometria : diagramma a blocchi di strumenti a singolo e doppio raggio. Spettri di assorbimento, breve discussione delle possibili transizioni in molecole organiche e complessi metallici.  Metodi di analisi quantitativa basati sull'assorbanza.

Spettrofluorimetria : diagramma a blocchi dello strumento. Spettri di emissione e di eccitazione. Processi bimolecolari di spegnimento di stati elettronici eccitati: equazione di Stern-Volmer; ecciplessi ed eccimeri. Trasferimento di energia elettronica fotoindotto: meccanismo coulombiano e di scambio. Applicazioni di tecniche di sensibilizzazione e spegnimento di stati eccitati emittenti. Trasferimento di elettroni fotoindotto: potenziali redox di stati elettronici eccitati. Esempi di spegnimento statico e dinamico. Esempio di determinazione della costante di associazione di un addotto supramolecolare da variazioni di intensità di luminescenza e corrispondenti tempi di vita.

Misure di tempi di vita : presentazione delle varie tecniche e strumentazioni per la misurazione di tempi di vita. Approfondimenti sulla tecnica del ‘fotone singolo'.

Cenni di anisotropia .

Nanoparticelle metalliche e di silice : cenni di sintesi e caratterizzazione; proprietà fotofisiche ed elettrochimiche. Discussione di esempi di applicazione come sensori e traccianti in campo biologico.

Nasi elettronici : teoria ed esempi di applicazione

Sensori e traccianti luminescenti : teoria ed esempi di applicazione.

Terapia fototermica e fotodinamica : teoria ed esempi di applicazione.

Assorbimento ed emissione delle più comuni biomolecole.

Testi/Bibliografia

Per la preparazione sarà fondamentale il materiale proiettato in aula che sarà reso disponibile per gli studenti del corso come files pdf da scaricare, accedendo con le proprie credenziali studente ad una lista chiusa di distribuzione, dal sito apposito per il materiale didattico di Ateneo (https://campus.unibo.it/cgi/lista?sort=lastmod&groupby=materiali&sort_type=dis&annoAccademico=-1&cognome=Zaccheroni&nome=nelsi&email=nelsi.zaccheroni%40unibo.it&codiceDocente=&filtro=&nav=d&Cerca=Cerca#top_documents).

Il docente fornirà la password di accesso a lezione, nel caso uno studente non potesse frequentare le lezioni, si prega di contattare il docente via mail tramite la posta istituzionale abbinata alle credenziali studente.

Per ulteriori approfondimenti si consigliano:

per la parte fotofisica :

- Paul Suppan, "Chemistry and light", Cambridge, The Royal Society of Chemistry, 1994.

- A. Gilbert and J. Baggott, “Essentials of Molecular Photochemistry”, Blackwell, London, 1991

- L. Moggi, A. Juris and M. T. Gandolfi,"Il manuale del fotochimico", Bologna, Bononia University Press, 2006.

per la parte di chimica supramolecolare :

- J.W. Steed, J.L. Atwood, “Supramolecular Chemistry”, Wiley, New York, 2000

- J.-M. Lehn, “Supramolecular Chemistry - Concepts and Perspectives”, VCH, Weinheim, 1995

Metodi didattici

Il corso è costituito da sole lezioni frontali con proiezione di presentazioni da PC.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame finale è costituito da una sola prova orale che prevede domande che possono spaziare su tutti gli argomenti presentati a lezione.

Il fallimento od il rifiuto del voto finale non precludono la possibilità di partecipare a nessuno degli appelli successivi.

Nel caso lo studente avesse problemi (per esempio scadenze per la laurea) con le date degli appelli si prega di contattare il docente via mail con anticipo per concordare una soluzione al problema.

Strumenti a supporto della didattica

PC, videoproiettore, lavagna.

Il materiale proiettato in aula che sarà reso disponibile per gli studenti del corso come files pdf da scaricare, accedendo con le proprie credenziali studente ad una lista chiusa di distribuzione, dal sito apposito per il materiale didattico di Ateneo: (https://campus.unibo.it/cgi/lista?sort=lastmod&groupby=materiali&sort_type=dis&annoAccademico=-1&cognome=Zaccheroni&nome=nelsi&email=nelsi.zaccheroni%40unibo.it&codiceDocente=&filtro=&nav=d&Cerca=Cerca#top_documents).

Il docente fornirà la password di accesso a lezione, nel caso uno studente non potesse frequentare le lezioni, si prega di contattare il docente via mail tramite la posta istituzionale abbinata alle credenziali studente.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Nelsi Zaccheroni